Industrijski robot. Roboti v proizvodnji. Avtomati-roboti

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Te naprave so danes še posebej povprašene v nacionalnem gospodarstvu. Industrijski robot, ki je malo podoben svojemu prototipu v knjigi Vzpon robotov K. Chapeka, sploh ne hrani revolucionarnih idej. Nasprotno, vestno in z veliko natančnostjo izvaja tako glavne proizvodne procese (montaža, varjenje, barvanje) kot pomožne (nakladanje in razkladanje, pritrditev izdelka med izdelavo, premikanje).

Uporaba takšnih "pametnih" strojev prispeva k učinkovitemu reševanju treh glavnih proizvodnih problemov:

• izboljšanje produktivnosti dela;
• izboljšati delovne pogoje ljudi;
• optimizirajte uporabo človeških virov.

Industrijski roboti so zamisel obsežne proizvodnje

Roboti v proizvodnji so se množično razširili ob koncu 20. stoletja zaradi znatnega povečanja industrijske proizvodnje. Velike serije izdelkov so privedle do potrebe po intenzivnosti in kakovosti takšnega dela, katerega izvedba presega objektivne človeške zmožnosti. Namesto da bi zaposlovali več tisoč kvalificiranih delavcev, delujejo sodobne tehnološke tovarneštevilne visoko zmogljive avtomatske linije, ki delujejo v prekinitvenih ali neprekinjenih ciklih.

Vodili v razvoju tovrstnih tehnologij, ki razglašajo široko uporabo industrijskih robotov, so Japonska, ZDA, Nemčija, Švedska in Švica. Sodobni industrijski roboti, proizvedeni v zgornjih državah, so razdeljeni v dve veliki skupini. Njihove vrste določata pripadnost dvema bistveno različnima metodama upravljanja:

• avtomatski manipulatorji;
• naprave, ki jih daljinsko upravlja človek.

Za kaj se uporabljajo?

O potrebi po njihovem ustvarjanju se je začelo razpravljati v začetku 20. stoletja. Vendar takrat še ni bilo elementov za izvedbo načrta. Danes, po nareku časa, se robotski stroji uporabljajo v večini tehnološko najnaprednejših industrij.

Žal preopremanje celotnih industrij s tako »pametnimi« stroji ovira pomanjkanje investicij. Čeprav koristi njihove uporabe očitno presegajo začetne denarne stroške, saj nam omogočajo, da govorimo ne le in ne toliko o avtomatizaciji, temveč o globokih spremembah na področju proizvodnje in dela.

Uporaba industrijskih robotov je omogočila učinkovitejše opravljanje dela, ki po intenzivnosti in natančnosti dela presega človeške moči: nakladanje/razkladanje, zlaganje, razvrščanje, orientacija delov; premikanje surovcev iz enega robota v drugega in končnih izdelkov v skladišče; točkovno varjenje in varjenje šivov; montaža mehanskih in elektronskih delov; polaganje kablov; rezanjepraznine vzdolž zapletene konture.

Manipulator kot del industrijskega robota

Funkcionalno je tak "pametni" stroj sestavljen iz reprogramabilnega ACS (avtomatski krmilni sistem) in delovnega telesa (potovalni sistem in mehanski manipulator). Če je ACS običajno precej kompakten, vizualno skrit in ne pade takoj v oči, potem ima delovno telo tako značilen videz, da se industrijski robot pogosto imenuje takole: "robot-manipulator".

Po definiciji je manipulator naprava, ki premika delovne površine in predmete dela v prostoru. Te naprave so sestavljene iz dveh vrst povezav. Prvi zagotavljajo progresivno gibanje. Drugi je kotni premik. Takšne standardne povezave za svoje premikanje uporabljajo bodisi pnevmatski ali hidravlični (močnejši) pogon.

Manipulator, ustvarjen po analogiji s človeško roko, je opremljen s tehnološko prijemalno napravo za delo z deli. V različnih tovrstnih napravah je bil neposredni prijem najpogosteje izveden z mehanskimi prsti. Pri delu z ravnimi površinami so bili predmeti zajeti z mehanskimi priseski.

Če je moral manipulator sočasno delati s številnimi podobnimi obdelovanci, je bil zajem izveden zahvaljujoč posebnemu obsežnemu dizajnu.

Namesto prijemala je manipulator pogosto opremljen z mobilno varilno opremo, posebno tehnološko brizgalno pištolo ali preprostoizvijač.

Kako se premika robot

Automati-roboti se običajno prilagajajo dvema vrstama gibanja v prostoru (čeprav jih lahko nekatere imenujemo stacionarne). Odvisno je od pogojev posamezne proizvodnje. Če je treba zagotoviti gibanje po gladki površini, se izvede z uporabo usmerjene monotirnice. Če je potrebno delovati na različnih nivojih, se uporabljajo "hodi" sistemi s pnevmatskimi priseski. Robot, ki se premika, je odlično orientiran tako v prostorskih kot v kotnih koordinatah. Sodobne pozicionirne naprave tovrstnih naprav so poenotene, sestavljene so iz tehnoloških blokov in omogočajo visoko natančno premikanje obdelovancev, težkih od 250 do 4000 kg.

Oblikovanje

Uporaba obravnavanih avtomatiziranih strojev prav v multidisciplinarnih panogah je privedla do določene poenotenja njihovih glavnih sestavnih blokov. Sodobni industrijski robotski manipulatorji imajo v svoji zasnovi:

• okvir, ki se uporablja za pritrditev naprave za prijemanje dela (grab) - neke vrste "roka", ki dejansko izvaja obdelavo;
• grabi z vodilom (slednje določa položaj "roke" v prostoru);
• podpirajo naprave, ki poganjajo, pretvarjajo in prenašajo energijo v obliki navora na osi (zahvaljujoč njih dobi industrijski robot potencial za gibanje);
• sistem za spremljanje in upravljanje izvajanja programov, ki so mu dodeljeni; sprejemanje novih programov; analizo informacij, ki prihajajo iz senzorjev, in s temprenos na naprave za zagotavljanje;
• sistem pozicioniranja delovnega dela, merjenje položajev in premikov vzdolž osi manipulacije.

Zora industrijskih robotov

Pojdimo nazaj v bližnjo preteklost in se spomnimo, kako se je začela zgodovina nastanka industrijskih avtomatskih strojev. Prvi roboti so se pojavili v ZDA leta 1962, proizvajala pa sta jih Union Incorporated in Versatran. Čeprav so, če smo natančni, kljub temu izdali industrijskega robota Unimate, ki ga je ustvaril ameriški inženir D. Devol, ki je patentiral lastne samohodne puške, programirane z luknjanimi karticami. To je bil očiten tehnični preboj: "pametni" stroji so si zapomnili koordinate smernih točk na svoji poti in opravili delo v skladu s programom.

Unimateov prvi industrijski robot je bil opremljen s pnevmatsko aktiviranim prijemalom z dvema prstoma in hidravlično aktivirano roko s petimi stopnjami svobode. Njegove značilnosti so omogočile premikanje 12 kg težkega dela z natančnostjo 1,25 mm.

Še ena robotska roka Versatran, ki jo je izdelalo podjetje z istim imenom, je v peč naložila in razkladala 1200 opek na uro. Delo ljudi v okolju, škodljivem za zdravje, je uspešno nadomestil z visoko temperaturo. Ideja o njegovem ustvarjanju se je izkazala za zelo uspešno, zasnova pa je tako zanesljiva, da nekateri stroji te blagovne znamke še naprej delujejo v našem času. In to kljub dejstvu, da je njihov vir presegel več sto tisoč ur.

Upoštevajte, da je prva generacija industrijskih robotov vvrednostno je prevzela 75 % mehaniko in 25 % elektroniko. Prilagoditev takšnih naprav je zahtevala čas in povzročila izpad opreme. Da bi jih ponovno namenili za opravljanje novega dela, je bil nadzorni program zamenjan.

Robotski stroji druge generacije

Kmalu je postalo jasno: kljub vsem prednostim so se stroji prve generacije izkazali za nepopolne … Druga generacija je prevzela bolj subtilno upravljanje industrijskih robotov - prilagodljivo. Že prve naprave so zahtevale ureditev okolja, v katerem so delovale. Slednja okoliščina je pogosto pomenila visoke dodatne stroške. To je postajalo kritično za razvoj množične proizvodnje.

Novo stopnjo napredka je zaznamoval razvoj številnih senzorjev. Z njihovo pomočjo je robot dobil kakovost, imenovano "občutek". Začel je prejemati informacije o zunanjem okolju in v skladu z njimi izbirati najboljšo pot. Na primer, pridobil je veščine, ki mu omogočajo, da sodeluje in z njo obide oviro. To dejanje se zgodi zaradi mikroprocesorske obdelave prejetih informacij, ki jih nadalje, vnesene v spremenljivke krmilnih programov, dejansko vodijo roboti.

Prilagoditve so tudi vrste osnovnih proizvodnih operacij (varjenje, barvanje, montaža, različne vrste obdelave). To pomeni, da se pri izvajanju vsakega od njih sproži multivarianca za izboljšanje kakovosti vseh vrst zgornjih del.

Industrijske manipulatorje večinoma upravlja programska oprema. Nadzorna strojna opremafunkcije so industrijski mini računalniki PC/104 ali MicroPC. Upoštevajte, da prilagodljivo krmiljenje temelji na večvariantni programski opremi. Poleg tega odločitev o izbiri vrste programskega delovanja sprejme robot na podlagi informacij o okolju, ki ga opisujejo detektorji.

Značilnost delovanja robota druge generacije je predhodna prisotnost uveljavljenih načinov delovanja, od katerih se vsak aktivira ob določenih indikatorjih, pridobljenih iz zunanjega okolja.

Tretja generacija robotov

Avtomatski roboti tretje generacije so sposobni samostojno generirati program svojih dejanj, odvisno od naloge in okoliščin zunanjega okolja. Nimajo "cheat sheets", torej poslikanih tehnoloških dejanj za določene različice zunanjega okolja. Imajo sposobnost, da samostojno optimalno zgradijo algoritem svojega dela in ga hitro uveljavijo v praksi. Stroški elektronike takšnega industrijskega robota so desetkrat višji od njegovega mehanskega dela.

Najnovejši robot, ki zajame del zahvaljujoč senzorjem, "ve", kako dobro mu je to uspelo. Poleg tega je sila oprijema sama (povratna sila) regulirana glede na krhkost materiala dela. Morda se zato naprava nove generacije industrijskih robotov imenuje inteligentna.

Kot razumete, je "možgani" takšne naprave njen nadzorni sistem. Najbolj obetavna je ureditev, ki se izvaja po metodah umetnegainteligenca.

Inteligenco tem strojem dajejo aplikacijski paketi, programirljivi logični krmilniki, orodja za modeliranje. V proizvodnji so industrijski roboti povezani v mrežo, kar zagotavlja ustrezno raven interakcije med sistemom človek-stroj. Prav tako so bila razvita orodja za napovedovanje delovanja tovrstnih naprav v prihodnosti zahvaljujoč implementirani programski simulaciji, ki omogoča izbiro najboljših možnosti za dejanja in konfiguracije omrežne povezave.

Vodila svetovna robotska podjetja

Danes uporabo industrijskih robotov zagotavljajo vodilna podjetja, med drugim japonska (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), ameriška (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), nemška (Kuka).

Po čem so ta podjetja znana v svetu? Fanucovo premoženje vključuje najhitrejši delta robot M-1iA doslej (takšni stroji se običajno uporabljajo za pakiranje), najmočnejši med serijskimi roboti - M-2000iA, varilni roboti ArcMate, priznani po vsem svetu.

Industrijski roboti, ki jih proizvaja Kuka, niso nič manj iskani. Ti stroji izvajajo obdelavo, varjenje, montažo, pakiranje, paletiranje, nakladanje z nemško natančnostjo.

Impresivna je tudi paleta izdelkov japonsko-ameriškega podjetja Motoman (Yaskawa), ki deluje na ameriškem trgu: 175 modelov industrijskih robotov, pa tudi več kot 40 integriranih rešitev. Industrijske robote, ki se uporabljajo v proizvodnji v ZDA, večinoma izdeluje ta vodilni v industrijipodjetje.

Večina drugih podjetij, ki jih zastopamo, zapolni svojo nišo z izdelavo ožjega nabora specializiranih instrumentov. Na primer, Daihen in Panasonic proizvajata varilne robote.

Metode organiziranja avtomatizirane proizvodnje

Če govorimo o organizaciji avtomatizirane proizvodnje, je bil sprva izveden togo linearno načelo. Vendar pa ima pri dovolj visoki hitrosti proizvodnega cikla pomembno pomanjkljivost - izpad zaradi okvar. Kot alternativo so izumili rotacijsko tehnologijo. Pri takšni organizaciji proizvodnje se tako obdelovanec kot avtomatizirana linija (roboti) gibljeta v krogu. Stroji v tem primeru lahko podvojijo funkcije, napake pa so praktično izključene. Vendar se v tem primeru hitrost izgubi. Idealna organizacija procesa je hibrid zgornjih dveh. Imenuje se rotacijski transporter.

Industrijski robot kot element fleksibilne avtomatske proizvodnje

Sodobne "pametne" naprave so hitro rekonfigurirane, zelo produktivne in samostojno opravljajo delo z uporabo svoje opreme, obdelovalnih materialov in obdelovancev. Glede na posebnosti uporabe lahko delujejo tako v okviru enega programa kot tudi s spreminjanjem svojega dela, torej z izbiro pravega izmed fiksnega števila ponujenih programov.

Industrijski robot je sestavni element fleksibilne avtomatizirane proizvodnje (splošno sprejeta okrajšava - GAP). Zadnjivključuje tudi:

• sistem za računalniško podprto načrtovanje;
• kompleks avtomatiziranega nadzora tehnološke opreme proizvodnje;
• industrijske robotske roke;
• avtomatski proizvodni transport;
• naprave za nalaganje/razkladanje in postavitev;
• sistemi za nadzor proizvodnih procesov;
• samodejni nadzor proizvodnje.

Več o praksi uporabe robotov

Prave industrijske aplikacije so sodobni roboti. Njihove vrste so različne in zagotavljajo visoko produktivnost na strateško pomembnih področjih industrije. Zlasti sodobno nemško gospodarstvo dolguje velik del svojega rastočega potenciala njihovi uporabi. V katerih panogah delajo ti "železarji"? Pri obdelavi kovin delujejo v skoraj vseh procesih: litje, varjenje, kovanje, kar zagotavlja najvišjo raven kakovosti dela.

Kot industrija z ekstremnimi pogoji za človeško delo (kar pomeni visoke temperature in onesnaževanje) je litje v veliki meri robotizirano. Stroje iz Kuke sestavljajo tudi v livarnah.

Živilska industrija je od Kuke prejela tudi opremo za proizvodne namene. "Prehrambeni roboti" (fotografije so predstavljene v članku) večinoma nadomeščajo ljudi na območjih s posebnimi pogoji. Distribuirano v proizvodnji strojev, ki zagotavljajo mikroklimo v ogrevanih prostorih ztemperatura ne presega 30 stopinj Celzija. Roboti iz nerjavečega jekla mojstrsko obdelujejo meso, sodelujejo pri proizvodnji mlečnih izdelkov in seveda na optimalen način zlagajo in pakirajo izdelke.

Težko je preceniti prispevek takšnih naprav k avtomobilski industriji. Po mnenju strokovnjakov so danes najmočnejši in najproduktivnejši stroji ravno roboti "Cook". Fotografije takšnih naprav, ki izvajajo celotno paleto operacij samodejnega sestavljanja, so impresivne. Hkrati je res čas, da govorimo o avtomatizirani proizvodnji.

Predelavo plastike, proizvodnjo plastike, izdelavo najkompleksnejših delov iz različnih materialov zagotavljajo roboti v proizvodnji v onesnaženem okolju, ki je res škodljivo za zdravje ljudi.

Drugo pomembno področje uporabe agregatov "Cook" je obdelava lesa. Poleg tega opisane naprave zagotavljajo tako izpolnjevanje posameznih naročil kot vzpostavitev obsežne množične proizvodnje na vseh stopnjah - od primarne obdelave in žaganja do rezkanja, vrtanja, brušenja.

Cene

Trenutno so roboti proizvajalcev Kuka in Fanuc povpraševani na ruskem trgu in trgih CIS. Njihove cene se gibljejo od 25.000 do 800.000 rubljev. Tako impresivno razliko je mogoče razložiti z obstojem različnih modelov: standardni z majhno zmogljivostjo (5-15 kg), posebnim (reševanje posebnih nalog), specializiranim (delo v nestandardnem okolju), z veliko zmogljivostjo (do 4000 ton).).

Sklepi

Priznati je treba, da potencial industrijskih robotov še vedno ni v celoti izkoriščen. Hkrati pa zahvaljujoč prizadevanjem strokovnjakov sodobne tehnologije omogočajo uresničevanje vedno bolj drznih idej.

Potreba po povečanju produktivnosti svetovnega gospodarstva in povečanju deleža intelektualnega človeškega dela služi kot močna spodbuda za razvoj vedno več novih vrst in modifikacij industrijskih robotov.